Trong nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số dư vữa đến tính chất của bê tông sử dụng thay thế 40% cát mịn bằng mạt đá, đã tiến hành thí nghiệm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn v[r]
Trang 1NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG MÀI MÒN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG
CÁT MỊN LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG
TS HOÀNG MINH ĐỨC, ThS NGỌ VĂN TOẢN
Viện KHCN Xây dựng
Tóm tắt: Khác với bê tông cho kết cấu xây dựng,
bê tông dùng cho mặt đường bê tông xi măng cần
đáp ứng yêu cầu về khả năng chống mài mòn Tuy
nhiên, khi sử dụng cát mịn, để đảm bảo tính công
tác cần tăng lượng nước trộn, khiến cường độ và
khả năng chống mài mòn bị suy giảm Bài báo này
trình bày các kết quả nghiên cứu cải thiện khả năng
chống mài mòn của bê tông sử dụng cát mịn, qua
đó mở rộng ứng dụng cho bê tông làm đường Kết
quả nghiên cứu cho thấy thay thế 40% cát mịn bằng
mạt đá vôi đã cải thiện được đáng kể khả năng
chống mài mòn của bê tông Sử dụng cát mịn có mô
đun độ lớn từ 1,2 đến 1,9 phối hợp với mạt đá vôi
cho phép chế tạo bê tông có độ mài mòn tương
đương với bê tông sử dụng cát thô đáp ứng được
yêu cầu làm đường bê tông xi măng tới cấp II
Từ khóa: Độ mài mòn, bê tông sử dụng cát mịn,
mặt đường bê tông xi măng
Abstract: Unlike concrete for structural
elements, the requirement of abrasion resistance for
cement concrete pavement is essential However,
when fine sand is used, to keep the workability
unchange we need to increase the water content,
resulting in reducing of strength and abrasion
resistance This article presents the research results
on improvement of abrasion resistance of concrete
using fine sand, aiming to extend the application of
fine sand in concrete pavement The results showed
that using crushed limestone waste to replace 40%
find sand significantly improved abrasion resistance
of concrete It was found that the use of fine sand
with fineness modulus from 1,2 to 1,9 in
combination with crushed limestone waste could
produce concrete meeting the requirement on
abrasion resistance for grade II cement concrete
pavement
Keywords: Abrasion resistance, concrete using
fine sand, cement concrete pavement
1 Đặt vấn đề
Sử dụng cát mịn tại chỗ trong chế tạo bê tông xi
măng cho đường là giải pháp đem lại hiệu quả kinh
tế xã hội cao cho nhiều địa phương ở nước ta Tuy nhiên, đôi khi sử dụng cát mịn ảnh hưởng tiêu cực đến độ mài mòn của bê tông Đó là do để duy trì tính công tác tương đương như khi sử dụng cát thô, cần tăng lượng nước trộn Nếu giữ nguyên lượng dùng xi măng, điều này làm giảm tỷ lệ xi măng trên nước khiến cường độ và khả năng chống mài mòn
bị suy giảm Đối với bê tông mặt đường, độ mài mòn là một trong những chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng
Để bê tông được dùng làm mặt đường cao tốc, cấp
I đến cấp III và cấp IV trở xuống độ mài mòn cần phải nhỏ hơn 0,3 g/cm² và 0,6 g/cm²
Các nghiên cứu [1, 2] đã chỉ ra một số yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chịu mài mòn của bê tông, bao gồm: cường độ bê tông, tính chất cốt liệu, lượng dùng cốt liệu, phương pháp hoàn thiện bề mặt, điều kiện bảo dưỡng, điều kiện môi trường làm việc và các đặc tính cơ lý của bê tông khối đổ Trong đó, các nghiên cứu [2, 3] nhấn mạnh ảnh hưởng của cường độ chịu nén, các nghiên cứu [4,
5, 6] đề cập thêm ảnh hưởng của cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông, còn một số nghiên cứu khác [7, 8] chỉ tập trung vào ảnh hưởng của cường
độ chịu kéo khi uốn tới độ mài mòn của bê tông Có thể thấy rằng, để duy trì đồng thời tỷ lệ X/N và tính công tác khi chuyển sang dùng cát mịn, cần phải sử dụng các biện pháp công nghệ như sử dụng hoặc tăng lượng dùng phụ gia giảm nước
Theo nghiên cứu [7], mài mòn xảy ra do sự chà xát của vật liệu có độ cứng cao hơn lên bề mặt vật liệu có độ cứng nhỏ hơn và để lại các vết xước, phá hủy bề mặt Nguyên nhân giảm khối lượng của vật liệu khi mài mòn là mất khối lượng do chà xát, xước
và do bong tróc hạt vật liệu trên bề mặt Do đó, có thể nói rằng độ mài mòn phụ thuộc chủ yếu tính chất của hạt cốt liệu, cường độ của đá xi măng cũng như liên kết giữa đá xi măng và cốt liệu Mặc
dù, cường độ của cát cao hơn cường độ của đá (thang độ cứng Mohs) nhưng khi chịu tác động của mài mòn, hạt cát liên kết với nền kém hơn so với hạt đá Đó là do kích thước của hạt cát sử dụng trong bê tông so với hạt cát mài gần như nhau nên
Trang 2khả năng hạt cát bị cát mài tác động, đẩy tách ra
khỏi nền đá xi măng cao hơn hạt cốt liệu lớn Thành
phần hạt của cát mịn thường bao gồm các hạt nhỏ
hơn 1,25mm Phối hợp loại cát này với đá dăm sẽ
dẫn tới hỗn hợp cốt liệu có cấp phối gián đoạn, do
thiếu các cấp hạt từ 5mm đến 1,25mm Nhiều công
trình nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng hỗn hợp
cốt liệu cấp phối gián đoạn với cát mịn để chế tạo
bê tông chất lượng tốt Đặc điểm của bê tông cấp
phối gián đoạn là có khối lượng thể tích lớn hơn so
với bê tông cấp phối liên tục [9] do chứa nhiều hơn
cốt liệu lớn, lượng ngậm cát (tỷ lệ cát/cốt liệu) nhỏ
hơn, hơn nữa cấp phối hạt tối ưu của hỗn hợp cốt
liệu cấp phối gián đoạn còn phụ thuộc vào lượng hồ
xi măng trong hỗn hợp bê tông [10] Một đặc điểm
khác của hỗn hợp bê tông sử dụng cấp phối gián
đoạn với cát mịn là hỗn hợp này dễ lèn chặt hơn so
với hỗn hợp bê tông cấp phối liên tục có cùng độ
sụt [11] Ngoài ra do xu hướng dễ phân tầng nên
hỗn hợp bê tông cấp phối gián đoạn thường được
chế tạo với độ sụt thấp [12] Tuy nhiên các nghiên
cứu về ảnh hưởng của cát mịn tới khả năng chống
mài mòn của bê tông chưa được đề cập nhiều Để
nâng cao khả năng chống mài mòn cho bê tông sử
dụng cát mịn có thể sử dụng mạt đá để bổ sung
thêm các cỡ hạt lớn
Mạt đá là phế thải của quá trình sản xuất cốt liệu
lớn (nghiền đá) Trong khi cát nghiền có thành phần
cỡ hạt gần tương tự với cát tự nhiên, đảm bảo các
yêu cầu về tính chất cơ lý, hóa và có thể thay thế
hoàn toàn hoặc một phần cát tự nhiên trong bê tông
và vữa xây dựng [13] thì mạt đá có thành phần biến
động do không được quản lý Ưu điểm của cát
nghiền so với cát tự nhiên là độ sạch, độ hút nước
thấp hơn và độ bám dính cao Cát tự nhiên có thể bị
bao phủ bởi tạp chất sét mịn có khả năng tăng tính
dẻo cũng như tính liên kết dẻo trong bê tông tươi
tăng nhưng lại ảnh hưởng tiêu cực đến bê tông
đóng rắn [14] Theo nghiên cứu [13], nếu được
nghiền từ cùng một nguồn, thì cát nghiền có khối
lượng thể tích tương tự như cốt liệu lớn, nên độ
tách vữa có phần được hạn chế Thời gian đông kết
của bê tông và vữa cũng bị ảnh hưởng bởi hàm
lượng muối hòa tan và tạp chất hữu cơ có trong cốt
liệu Khi sử dụng cát nghiền cả hai hàm lượng này
đều thấp vì vậy ít ảnh hưởng đến thời gian đông kết
của bê tông
Nghiên cứu ảnh hưởng của cát nghiền đến tính
chất của bê tông, J.K.Kim [15] đã cho thấy cường
độ chịu nén và chịu kéo khi uốn các mẫu có tỷ lệ
N/X từ 0,4 đến 0,6 làm từ cát nghiền gần bằng các
mẫu dùng cát tự nhiên Cường độ chịu nén, và đặc biệt, cường độ chịu kéo khi uốn của mẫu bê tông sử dụng cát hỗn hợp (50% cát nghiền + 50% cát tự nhiên) lớn hơn mẫu sử dụng toàn bộ cát nghiền hoặc cát tự nhiên Phát triển cường độ chịu nén, chịu kéo khi uốn ở các tuổi từ 3 ngày đến 90 ngày của bê tông dùng cát nghiền, cát nghiền + cát tự nhiên, cát tự nhiên về cơ bản là như nhau
So với cát nghiền thì mạt đá có thành phần và tính chất phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu và công nghệ sản xuất cũng như nhiều yếu tố khác và có sự biến động mạnh giữa các cơ sở sản xuất khác nhau, do đó cần có những biện pháp kiểm soát chặt chẽ chất lượng của mạt đá ở các cơ sở sản xuất
đó, từ đó có thể đưa ra những quy định chung đối với loại vật liệu này nếu được áp dụng đại trà Tuy nhiên, phân tích tính chất mạt đá vôi Hà Nam trong nghiên cứu cho thấy mạt đá có kích thước hạt thô hơn cát thô ở kích thước mắt sàng từ 0,63mm lên 2,5mm và thành phần hạt nằm ngoài khoảng quy định đối với cát thô theo TCVN 7570:2006 Mặc dù bản thân mạt đá có thành phần hạt không thỏa mãn yêu cầu đối với cốt liệu nhỏ, nhưng khi phối hợp với cát mịn với tỷ lệ hợp lý, hoàn toàn có thể thu được hỗn hợp cốt liệu nhỏ thỏa mãn yêu cầu đối với cát thô Mặt khác, khi thô hóa cát mịn bằng mạt đá, cũng có thể cải thiện khả năng chống mài mòn của
bê tông sử dụng cát mịn
Các nghiên cứu và phân tích trên cho thấy rằng cát mịn được bổ sung mạt đá vào thì cấp phối hạt trở nên liên tục, tỷ lệ diện tích bề mặt của hỗn hợp cốt liệu nhỏ giảm dẫn tới lượng cần nước của hỗn hợp bê tông giảm khiến lượng nước trộn của bê tông sử dụng cát mịn tương đương với cát thô cùng tính công tác cho trước Do đó sử dụng hỗn hợp cát
tự nhiên và mạt đá có thể nâng cao được cường độ chịu nén, chịu kéo khi uốn của bê tông so với khi chỉ
sử dụng riêng mạt đá vôi hoặc riêng cát tự nhiên Qua đó, có thể nâng cao khả năng chống mài mòn của bê tông Nghiên cứu theo định hướng này được thực hiện tại Viện chuyên ngành Bê tông - Viện Khoa học công nghệ xây dựng (Bộ Xây dựng) Trong phạm vi nghiên cứu, đã tập trung vào đối tượng là bê tông xi măng cho đường cấp II, III, IV trở xuống và sân bãi thi công theo công nghệ dầm rung thông thường
2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Xi măng sử dụng trong nghiên cứu là xi măng Nghi Sơn PCB40 đáp ứng được yêu cầu của TCVN
Trang 36260:2009 có khối lượng riêng 3,10 g/cm3, độ mịn
(lượng sót trên sàng 0,09mm) 1,9 %, độ dẻo tiêu
chuẩn 28,5 %, độ ổn định thể tích 1,0 mm, thời gian
bắt đầu đông kết 130 phút, thời gian kết thúc đông
kết 190 phút Xi măng đạt cường độ chịu nén 30,1
MPa ở tuổi 3 ngày và 49,7 MPa tuổi 28 ngày
Cốt liệu lớn sử dụng trong nghiên cứu là đá dăm
có kích thước hạt lớn nhất 20mm, được sản xuất từ
mỏ đá vôi Đồng Ao - Hà Nam Cốt liệu lớn có khối
lượng thể tích xốp 1430 kg/m3, khối lượng thể tích ở trạng thái khô 2,72 g/cm3 và độ nén dập 9 % Cát sử dụng trong nghiên cứu là cát mịn (C1, C2, C3) khai thác ở Sông Hồng (Hà Nội) đã được phơi khô sàng loại bỏ các hạt trên 5 mm Đồng thời, trong nghiên cứu cũng sử dụng mạt đá vôi Hà Nam (M) và cát thô (CV) Sông Lô Thành phần hạt và tính chất của cát và mạt đá được nêu trong các bảng 1 và 2
Bảng 1 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát mịn, cát thô và mạt đá
Kích thước mắt sàng, mm Lượng sót tích lũy, %
0,63 19,5 23,4 33,1 46,5 81,6 0,315 33,7 50,5 63,6 82,1 89,8 0,14 71,6 82,3 88,3 96,3 94,4
Bảng 2 Các chỉ tiêu cơ lý của cát mịn, cát thô và mạt đá
vị
Kết quả thí nghiệm
1 Khối lượng riêng g/cm3 2,63 2,64 2,66 2,67 2,76
2 Khối lượng thể tích ở trạng thái bão hoà
trong, khô bề mặt g/cm
3 2,61 2,62 2,64 2,65 2,75
3 Khối lượng thể tích ở trạng thái khô g/cm 3 2,60 2,61 2,62 2,64 2,73
4 Khối lượng thể tích xốp kg/m3 1350 1370 1390 1410 1480
5 Độ hút nước % 0,8 0,7 0,6 0,6 0,6
6 Độ hổng % 48,1 47,5 46,9 46,6 45,8
7 Lượng hạt lớn hơn 5mm % 0 0 0 0 0
8 Hàm lượng bụi, sét % 1,2 1,1 0,9 0,8 0,4
9 Tạp chất hữu cơ, (so với màu chuẩn) Sáng
hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
10 Mô đun độ lớn 1,2 1,6 1,9 2,5 3,6
Các kết quả trên cho thấy, mạt đá vôi sử dụng
trong nghiên cứu có thành phần hạt nằm ngoài
khoảng quy định với các loại cát theo TCVN
7570:2006 Mạt đá vôi Hà Nam đã được sử dụng để
thay thế một phần cát mịn nhằm tạo ra hỗn hợp cốt
liệu nhỏ thỏa mãn yêu cầu tiêu chuẩn về thành phần hạt đối với cát thô Trước khi phối trộn cả hai loại vật liệu này đều đã được phơi khô sàng loại bỏ các hạt trên 5 mm Thành phần hạt và tính chất của hỗn hợp cát mịn với mạt đá được nêu trong các bảng 3 và 4
Bảng 3 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của hỗn hợp cát mịn và mạt đá
TT Loại
cát
Tỷ lệ mạt
đá thay thế, %
Lượng sót tích lũy, % 5mm 2,5mm 1,25mm 0,63mm 0,315mm 0,14mm Sàng
đáy
4 C2 50 0 12,1 29,3 44,2 73,6 93,9
5 C2 60 0 15,7 37,8 52,6 76,8 94,3
7 C3 40 0 12,5 31,8 41,6 75,5 96,7
Trang 4Bảng 4 Các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp cát mịn và mạt đá
TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn
vị
Loại cát và tỷ lệ mạt đá thay thế, %
1 Khối lượng riêng g/cm3 2,66 2,68 2,69 2,70 2,71 2,68 2,70
2 KLTT ở trạng thái bão hoà
trong, khô bề mặt
g/cm3 2,65 2,66 2,67 2,69 2,70 2,67 2,68
3 KLTT ở trạng thái khô g/cm3 2,63 2,65 2,66 2,67 2,68 2,65 2,66
4 Khối lượng thể tích xốp kg/m3 1380 1400 1420 1430 1440 1410 1430
5 Độ hút nước % 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 0,6 0,4
6 Độ hổng % 47,5 47,2 46,6 46,4 46,3 46,8 46,2
7 Lượng hạt lớn hơn 5mm % 0 0 0 0 0 0 0
8 Hàm lượng bụi, sét % 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,8 0,5
9 Tạp chất hữu cơ, (so với
màu chuẩn)
Sáng hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
Sáng hơn
Kết quả bảng 3 và 4 cho thấy, khi thay thế 40%
cát mịn bằng mạt đá, ta có được hỗn hợp cốt liệu
nhỏ đáp ứng yêu cầu đối với nhóm cát thô Tỷ lệ
này sẽ được sử dụng trong các nghiên cứu với bê
tông
Trong nghiên cứu cũng sử dụng phụ gia siêu dẻo gốc naphthalene formaldehyde sulphonate của
hãng SPEMAT Việt Nam, có tên thương phẩm
Daltonmat-RDHP phù hợp với TCVN 8826:2011 và
nước máy Hà Nội đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo
TCVN 4506:2012
Công tác chế tạo và thí nghiệm mẫu hỗn hợp bê
tông và bê tông đều tuân thủ các yêu cầu của các
tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn nước ngoài tương
ứng và được tiến hành thực hiện nghiên cứu tại
phòng thí nghiệm LAS-XD03 thuộc Viện Chuyên ngành Bê tông - Viện KHCN Xây dựng (Bộ Xây dựng)
3 Kết quả và bàn luận
Để làm rõ hưởng của hệ số dư vữa đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông sử dụng mạt
đá thay thế một phần cát mịn, đã sử dụng tỷ lệ thay thế 40% Các cấp phối bê tông được chế tạo với cùng loại xi măng, đá, phụ gia, nước và cùng tỷ lệ X/N=2,00 Các cấp phối thí nghiệm được thiết kế với hệ số dư vữa khác nhau Trên cơ sở các mẻ trộn và khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông đã tính toán thành phần bê tông thực tế và trình bày trong bảng 5
Bảng 5 Thành phần cấp phối, tính chất của hỗn hợp bê tông nghiên cứu
KH
Xi
Mạt
Phụ gia
M dl của cát mịn
M dl của hỗn hợp CLN
Tỷ lệ mạt
đá trong
hh CLN
kg/m 3
Độ sụt, cm sau thời gian, min
Bọt khí,
%
Độ tách nước,
%
Độ tách vữa,
%
Chú thích: Kdx: Hệ số dư vữa thực tế của các cấp phối
Trang 5Các kết quả thí nghiệm về tính chất của hỗn
hợp bê tông thể hiện trong bảng 5 cho thấy, hiện
tượng tách nước, tách vữa không xảy ra Mô đun
độ lớn của cốt liệu nhỏ (cát mịn, cát thô và cát mịn
phối trộn mạt đá) có ảnh hưởng đáng kể đến tương
quan giữa lượng nước dùng và độ sụt của hỗn hợp
bê tông Khi sử dụng cát càng mịn thì diện tích bề
mặt tăng mức độ hấp thụ nước tăng do đó lượng
nước trộn để đạt cùng độ sụt có xu hướng tăng dần
theo chiều giảm mô đun độ lớn của cát mịn cũng
như chiều giảm mô đun độ lớn của hỗn hợp cát mịn
và mạt đá
Các kết quả nghiên cứu trên cũng cho thấy với
cùng lượng nước trộn và tỷ lệ phụ gia giảm nước,
độ sụt của hỗn hợp bê tông nhìn chung có xu
hướng giảm khi tăng hệ số dư vữa (hình 1) Điều
này được lý giải là khi tăng hệ số dư vữa, lượng cát
và mạt đá trong hỗn hợp bê tông tăng khiến lượng cần nước của hỗn hợp bê tông tăng theo, điều này khiến độ sụt của hỗn hợp bê tông bị suy giảm Các thí nghiệm trên cho thấy khi hệ số dư vữa thấp từ 1,06 lên 1,07 thì hỗn hợp bê tông khá rời rạc, thường vỡ côn khi xác định độ sụt, việc xác định độ sụt có ý nghĩa khi hệ số dư vữa ở các cấp phối còn lại ở bảng 5
Mức độ suy giảm độ sụt theo thời gian sau 60 phút khi sử dụng hỗn hợp cát mịn phối trộn mạt đá (có giá trị khoảng 2,0 cm) nhỏ hơn so với khi sử dụng riêng cát mịn (có giá trị khoảng 3,0cm) và ít chịu ảnh hưởng mô đun độ lớn của cát cũng như
mô đun độ lớn của hỗn hợp cát mịn phối trộn mạt
đá, đây là một ưu điểm khắc phục hạn chế của việc chỉ sử dụng riêng cát mịn trong hỗn hợp của bê tông
Hình 1 Ảnh hưởng của hệ số dư vữa đến độ sụt của hỗn hợp bê tông
Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông ít chịu
ảnh hưởng của chủng loại cát mà chỉ phụ thuộc vào
mô đun độ lớn của cốt liệu nhỏ Hàm lượng bọt khí
của hỗn hợp bê tông sử dụng các loại cốt liệu nhỏ
khác nhau với khoảng hệ số dư vữa nghiên cứu
không chênh lệch nhiều Hàm lượng bọt khí trong
hỗn hợp bê tông trong trường hợp này phụ thuộc
nhiều vào mức độ cuốn khí của phụ gia sử dụng
Các cấp phối bê tông trong nghiên cứu với độ sụt
ban đầu từ 7,5 cm đến 16,0 cm sau 60 phút mức độ
sụt giảm độ sụt khoảng 2,0 cm, điều đó cho thấy
hỗn hợp bê tông bị suy giảm độ sụt không đáng kể
theo thời gian, với tính công tác này, các hỗn hợp
bê tông vẫn có thể đáp ứng thi công cho mặt đường
bê tông xi măng Như vậy, thay thế 40% cát mịn
bằng mạt đá đã cải thiện đáng kể mức độ suy giảm
độ sụt theo thời gian đó là nhỏ hơn so với hỗn hợp
bê tông chỉ sử dụng riêng cát mịn, điều này tác động tích cực tới tính công tác của hỗn hợp bê tông làm đường
Thay thế 40% cát mịn bằng mạt đá thì độ tách vữa của hỗn hợp bê tông được cải thiện đáng kể
so với chỉ sử dụng riêng cát mịn đó là trong cả hai trường hợp hỗn hợp bê tông sử dụng riêng cát mịn, sử dụng hỗn hợp mạt đá phối trộn cát mịn hiện tượng tách nước đều không xảy ra, tuy nhiên
độ tách vữa khi sử dụng riêng cát mịn với hệ số
dư vữa khác nhau có giá trị từ 1,9% đến 3,2%, còn độ tách vữa khi sử dụng hỗn hợp mạt đá phối trộn với cát mịn có giá trị 0% Điều này có tác động tích cực đến khả năng chống mài mòn của
bê tông, do đó việc sử dụng hỗn hợp mạt đá và
Trang 6cát mịn vào bê tông làm đường là một giải pháp
tối ưu, khắc phục được nhược điểm của bê tông
sử dụng chỉ riêng cát mịn, đồng thời cũng nâng
cao được khả năng chống mài mòn cho bê tông
sử dụng cát mịn tương đương với cát thô
Trong nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số dư vữa đến tính chất của bê tông sử dụng thay thế 40% cát mịn bằng mạt đá, đã tiến hành thí nghiệm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn và độ mài mòn của bê tông (bảng 6)
Bảng 6 Cường độ và độ mài mòn của bê tông sử dụng các loại cốt liệu nhỏ khác nhau
KH Cường độ chịu nén, ở độ tuổi,
ngày, MPa
Cường độ chịu kéo khi uốn, ở độ tuổi,
ngày MPa
Độ mài mòn, ở độ tuổi, ngày,
g/cm2
3 7 28 3 7 28 3 7 28 C1M.1 19,7 35,7 41,6 4,29 5,34 6,55 0,36 0,33 0,25 C1M.2 19,9 36,5 42,4 4,46 5,73 7,04 0,38 0,35 0,26 C1M.3 21,3 38,8 43,7 4,70 5,94 7,62 0,34 0,32 0,24 C1M.4 20,4 37,4 42,8 5,05 6,31 8,01 0,39 0,36 0,28 C1M.5 19,1 35,3 40,7 4,76 6,15 7,80 0,40 0,38 0,29 C2M.1 20,5 37,2 43,3 4,47 5,56 6,82 0,33 0,30 0,23 C2M.2 20,8 38,1 44,2 4,65 5,97 7,36 0,34 0,32 0,24 C2M.3 22,1 40,4 45,6 4,89 6,19 7,95 0,31 0,29 0,22 C2M.4 21,2 38,5 44,5 5,21 6,57 8,35 0,35 0,33 0,26 C2M.5 19,8 36,8 42,4 4,96 6,40 8,13 0,37 0,34 0,27 C3M.1 21,3 38,7 45,5 4,64 5,78 7,10 0,25 0,23 0,20 C3M.2 21,8 39,6 46,4 4,83 6,21 7,67 0,27 0,24 0,22 C3M.3 23,2 42,1 47,8 5,09 6,43 8,25 0,24 0,21 0,18 C3M.4 22,1 40,8 46,3 5,42 6,84 8,68 0,28 0,26 0,23 C3M.5 20,6 38,3 44,1 5,16 6,65 8,45 0,29 0,28 0,25 CV.1 20,7 39,6 45,1 4,56 5,32 6,31 0,41 0,38 0,34 CV.2 21,9 41,3 46,2 4,86 5,65 6,97 0,42 0,39 0,36 CV.3 22,8 43,1 47,7 4,95 5,98 7,50 0,39 0,37 0,32 CV.4 22,1 42,5 46,6 5,20 6,29 7,72 0,43 0,40 0,37 CV.5 20,5 39,1 44,9 5,10 6,05 7,60 0,44 0,43 0,38
Các kết quả nghiên cứu ở bảng 6 cho thấy, khi hệ số dư vữa tăng từ 1,06 lên 1,38 thì cường
độ chịu nén ở tuổi 3, 7 và 28 ngày có xu hướng
tăng dần Khi tiếp tục tăng hệ số dư vữa quá 1,38
thì cường độ chịu nén có xu hướng giảm Chênh
lệch giữa giá trị cường độ chịu nén lớn nhất và
nhỏ nhất không vượt quá 5 MPa Nếu coi mức
biến động cường độ chịu nén 2% là nằm trong
phạm vi sai số thí nghiệm, thì cường độ chịu nén
của bê tông có giá trị lớn nhất khi hệ số dư vữa
thay đổi trong khoảng từ 1,24 đến 1,50 Khi hệ số
dư vữa tăng từ 1,06 lên 1,54 thì cường độ chịu
kéo khi uốn ở tuổi 3, 7 và 28 ngày có xu hướng
tăng dần Khi tiếp tục tăng hệ số dư vữa quá 1,54
thì cường độ chịu kéo khi uốn giảm Chênh lệch
giữa cường độ chịu kéo khi uốn lớn nhất và nhỏ nhất không vượt quá 2 MPa Nếu coi mức biến động cường độ chịu kéo khi uốn 2% là nằm trong phạm vi sai số thí nghiệm, thì cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông có giá trị lớn nhất khi hệ số
dư vữa thay đổi trong khoảng từ 1,45 đến 1,66 Khi hệ số dư vữa tăng từ 1,06 đến 1,70 thì độ mài mòn ở tuổi 3, 7 và 28 ngày có xung hướng tăng (hình 2, 3, 4) Tuy nhiên, độ mài mòn của bê tông
sử dụng hỗn hợp cát mịn và mạt đá theo tỷ lệ thay thế 40% cát mịn bằng mạt đá có giá trị nhỏ hơn so với cát thô Vì vậy, việc nâng cao khả năng chống mài mòn bằng cách bổ sung mạt đá vôi thô hóa cát mịn là một trong những giải pháp tối ưu đối với bê tông
Trang 7Hình 2 Ảnh hưởng của hệ số dư vữa đến độ mài mòn của
hỗn hợp bê tông ở 3 ngày tuổi
Hình 3 Ảnh hưởng của hệ số dư vữa đến độ mài mòn
của hỗn hợp bê tông ở 7 ngày tuổi
Hình 4 Ảnh hưởng của hệ số dư vữa đến độ mài mòn của
hỗn hợp bê tông ở 28 ngày tuổi
Qua kết quả nghiên cứu trên có thể thấy rằng
khi tăng hệ số dư vữa thì độ sụt giảm, độ mài mòn
tăng, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi
uốn đạt giá trị tối ưu nhất định Trong đó mức tối ưu
đối với cường độ chịu nén nhỏ hơn đối với cường
độ chịu kéo khi uốn Do đó, để lựa chọn hệ số dư
vữa tối ưu khi thiết kế bê tông thì phải cân đối tất cả
các yếu tố trên
Như vậy, có thể nói rằng bê tông sử dụng hỗn
hợp cát mịn và mạt đá theo tỷ lệ thay thế 40% cát
mịn bằng mạt đá, thì khả năng chống mài mòn của
bê tông được tăng lên đáng kể, giá trị độ mài mòn
bê tông này tương đương với bê tông sử dụng cát
thô có cùng mô đun độ lớn Việc sử dụng mạt đá để
thô hóa cát mịn đã nâng cao được khả năng chống
mài mòn của bê tông sử dụng cát mịn đáp ứng
được yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bê tông xi
măng
4 Kết luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy thành phần hạt của
mạt đá không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật đối
với cát thô theo TCVN 7570:2006, nhưng khi phối hợp với cát mịn theo tỷ lệ thay thế 40% cát mịn bằng mạt đá có thể thu được hỗn hợp cốt liệu nhỏ thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật về thành phần hạt đối với cát thô
Sử dụng hỗn hợp mạt đá vôi và cát mịn theo tỷ lệ thay thế 40% cát mịn bằng mạt đá có thể làm giảm lượng dùng nước của bê tông, độ tách nước, độ tách vữa không xảy ra Khi hệ số dư vữa tăng làm suy giảm độ sụt, mức độ suy giảm độ sụt của hỗn hợp bê tông tương đương với sử dụng cát thô Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng khi sử dụng hỗn hợp mạt đá phối hợp với cát mịn theo tỷ
lệ thay thế 40% cát mịn bằng mạt đá thì có thể cải thiện được khả năng chống mài mòn hay làm giảm
độ mài mòn của bê tông và đạt từ 0,18 g/cm2 đến 0,29 g/cm2
Kết quả đã chế tạo được bê tông sử dụng cát mịn
có độ mài mòn nhỏ hơn 0,3 g/cm2, cường độ chịu kéo khi uốn lớn hơn 5,0 MPa đáp ứng yêu cầu đối